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EP0778791B1 - Filterelement mit faserbeschichtung - Google Patents

Filterelement mit faserbeschichtung Download PDF

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Publication number
EP0778791B1
EP0778791B1 EP95920888A EP95920888A EP0778791B1 EP 0778791 B1 EP0778791 B1 EP 0778791B1 EP 95920888 A EP95920888 A EP 95920888A EP 95920888 A EP95920888 A EP 95920888A EP 0778791 B1 EP0778791 B1 EP 0778791B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
fiber
filter element
supporting body
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95920888A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0778791A1 (de
Inventor
Walter Herding
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Herding GmbH Entstaubungsanlagen
Herding GmbH Filtertechnik
Original Assignee
Herding GmbH Entstaubungsanlagen
Herding GmbH Filtertechnik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Herding GmbH Entstaubungsanlagen, Herding GmbH Filtertechnik filed Critical Herding GmbH Entstaubungsanlagen
Publication of EP0778791A1 publication Critical patent/EP0778791A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0778791B1 publication Critical patent/EP0778791B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B01D39/163—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin sintered or bonded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1638—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being particulate
    • B01D39/1653—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being particulate of synthetic origin
    • B01D39/1661—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being particulate of synthetic origin sintered or bonded

Definitions

  • the invention relates to a filter element, comprising a intrinsically stable, porous support body and a compared to that Support body of fine porous fiber coating of the support body on the Inflow surface for fluid to be filtered, the fiber coating partly through fiber / fiber binding and partly through fiber / supporting body binding is bound to the support body.
  • US-A-4,212,733 discloses a filter having a first filter layer a porous base material and a second bonded to it Filter layer made of fiber material, the base material being sintered Contains polyethylene powder and the fibers of the second filter layer one Water content from about 0.4 to about 5%, a critical one Surface tension from about 25 to about 45 dynes / cm and one Have fiber diameter from about 5 to about 30 microns. In addition fibers with a water content of about 8 to about 15% to be available.
  • FR-A-2 224 192 discloses a filter composition for gases on the Base of a porous, possibly fibrous material. Electrical Conductive, submicroscopic particles are in the porous material incorporated or deposited on it.
  • WO 94/09880 discloses a filter element with a large-pore inner Layer and a small-pore outer layer, both layers Have fibers and impregnated with a resin and with each other are connected.
  • the invention has for its object a filter element to make available the kind mentioned at the outset, which is characterized by a good compromise between the desired degree of Fine filtration capacity and low pressure loss for that flowing medium to be filtered when using the filter element distinguished.
  • the filter element characterized in that the fiber coating has first fibers, the Length is larger than the average pore size of the supporting body, and has second fibers, the length of which to create the Fine porosity of the fiber coating is significantly less than the length of the first fibers.
  • the first fibers usually have a length that is significantly larger than the average pore size of the supporting body is, in particular more than twice the average pore size of the Supporting body.
  • the second fibers usually have a length that is smaller than the average pore size of the supporting body, especially less than half the average Pore size of the supporting body.
  • the fiber coating contains preferably - measured by weight - more second fibers than first fibers, the weight ratio of second fibers to first Fibers is particularly preferably larger than 2: 1. It is preferably the first fibers and the second fibers are fibers from the same material and / or around fibers approximately the same Diameter class. It is often sufficient if less than 10% The weight fraction of the fiber coating is first fibers.
  • fine-grained particles are preferably with less than 30 wt .-%, preferably with below 20% by weight, more preferably below 10% by weight, most preferably with 0 to 3% by weight, in each case based on the total weight of fibers and fine-grained particles.
  • the invention can be used in filter elements from a variety of Realize materials.
  • the support body Plastic or synthetic resin materials, ceramic materials and metallic materials particularly highlighted.
  • To the porous Particles of the aforementioned can be produced efficiently Materials sintered together or by others Binding mechanisms, such as the use of a binder, with one another be connected.
  • the material of the fibers is ceramic Fibers, in particular made of aluminum silicate, are preferred. But you can also with other fibers, e.g. Glass fibers, natural fibers, synthetic organic fibers and other work.
  • the first fibers are preferably in the form of a first fiber coating layer applied and the second fibers thereon as a second coating layer upset. It often happens that the second fibers Part in the spaces between the first fibers of the first Penetrate fiber coating layer, so that in the finished state none clear boundary between the first fiber coating layer and the second fiber coating layer is more. Alternatively, it is possible the first fibers and the second fibers mixed in one step to apply.
  • the filter element is also by the in the last paragraph addressed fiber coating with the first fiber coating layer and second fiber coating layer realized.
  • the one now addressed Design options aim at the first Fiber coating (the first and second fibers, be it in one common coating layer, be it in two in a row applied coating layers) has at least one further Apply fiber coating layer with a finer porosity. This is preferably done using compared to the first Fiber coating shorter and / or thinner fibers, if necessary also using fibers made of other materials.
  • the least a further fiber coating layer does not normally have to be the first Have fibers and second fibers; the first one below Fiber coating provides an ideal basis for applying the represents at least one further fiber coating layer.
  • the filter element a coating layer on the outside of the fiber coating fine-grained particles. These particles are preferably so small that this coating layer has the fine filtration capacity of the Filter element essentially determined.
  • the fine-grained particles there is a wide choice of materials; you can in particular Plastic particles or inorganic particles. A special one preferred choice will be more detailed below addressed.
  • the fine-grained particles can be on each other and on the Fiber coating must be bound as it is for the front Binding of the particles of the supporting body and the fiber / fiber binding or the fiber / support body bond of the fiber coating described has been.
  • the filter element which has an inherently stable, porous support body and a, compared to the support body, finer porous fiber coating of the support body on its inflow surface for fluid to be filtered, the fiber coating partly through fiber / fiber binding and partly through fiber / supporting body binding to the Support body is bound, can be made that the fibers for the formation of the fiber coating in the dry state are applied to the inflow surface of the support body, preferably by means of an air stream, an adhesive for creating the fiber / fiber bond and the fiber / support body bond having been previously applied to the inflow surface and / or is applied after the application of at least some of the fibers.
  • the filter element which has an inherently stable, porous support body and a, compared to the support body, finer porous fiber coating of the support body on its inflow surface for fluid to be filtered, the fiber coating partly through fiber / fiber binding and partly through fiber / supporting body binding to the Support body is bound, can also be made that the fibers for the formation of the fiber coating are dispersed or suspended in a liquid on the inflow surface of the support body, wherein an adhesive for creating the fiber / fiber bond and the fiber / support body bond has been previously applied to the inflow surface and / or after the application of at least part of the fibers is applied and / or is contained in the carrier liquid.
  • the Fibers, so to speak, applied in the wet state which in many Cases is particularly rational.
  • simple Possibilities of applying the fiber-in-liquid dispersion or suspension are spraying, spreading, rolling up, but also the immersion of the support body in the dispersion or Called suspension.
  • the term "adhesive" in the context of Invention is to be understood in a very comprehensive sense. Below should be understood all materials that are necessary for the operation of the Sufficiently strong adhesion of the fibers to each other and to the filter element the support body, especially adhesives in the narrower sense, Plastics or synthetic resins which produce the binding mentioned assets, organic or inorganic binders such as Soda water glass. It is expressly pointed out that the The inventive method alternatively with others Binding mechanisms fiber / fiber and fiber / support body worked can be, especially with sintering. It is understood that the Adhesive or the binder chosen and in such an amount is used that the functionally required pores or Flow passages between the fibers are not closed become.
  • each the fiber coating layers can be according to one of the described Procedures are applied.
  • a coating layer of fine-grained can be applied to the fiber coating Particles are applied.
  • the coating layer is made fine-grained particles applied using such particles, the one from the intended use of the filter element Fluid flow to be filtered out.
  • the coating layer is made fine-grained particles applied using such particles, the one from the intended use of the filter element Fluid flow to be filtered out.
  • Fibers and / or the fine-grained particles When applying the Fibers and / or the fine-grained particles can with a suction air flow of the inflow surface of the support body away through it be worked.
  • the fibers and / or the fine-grained particles directed to where they are Should form fiber coating.
  • a very particularly advantageous possibility is to carry out the described detection of the concentration and / or the size of foreign particles carried along in the case of applying a coating layer of fine-grained particles using those particles which are to be filtered out of a fluid stream during the intended operational use of the filter element.
  • the antistatic particles can be applied in particular as a dispersion or suspension.
  • connection of the antistatic particles applies analogously to what has been carried out to connect the fibers.
  • the filter elements according to the invention are primarily for Fine filtration of gases and air, especially for dedusting of air in production halls on production machines and at Process steps, determined, but can also be used to filter Liquids are used. With appropriate choice of materials can also be hot gases, such as combustion gases, and hot Liquids are filtered.
  • Typical average values are in the filter element according to the invention
  • Fiber coating is possible with a comparatively large average pore size of the supporting body to work because of a secure bridging of the open pores of the supporting body on the Inflow surface is possible at the same time - as already mentioned described - a formation of the coating with a very fine Pore size.
  • one can support bodies with very little Use flow resistance.
  • filter elements according to the invention are generated as required Foreign matter particles larger than 5 ⁇ m in size, preferably Foreign matter particles larger than 2 ⁇ m in size, most preferably Foreign matter particles larger than 0.5 ⁇ m in size, almost completely filter out.
  • the schematically drawn filter element 2 consists of a supporting body 4, which is provided with a fiber coating 6 on its inflow surface on the right in FIG. 1 for the fluid to be filtered.
  • the support body 4 consists of polyethylene particles 8, which are sintered together, so that a porous support body 4 with an average pore size of, for example, 30 ⁇ m results.
  • the lower molecular weight polyethylene particles melt more strongly and form a connecting framework for the high molecular weight polyethylene particles 8, which, however, also bond with one another through the sintering process.
  • a coating layer is made on the outside of the fiber coating 6 fine-grained particles 16, e.g. Rock dust, applied. This Particles 16 are also glued to each other and to the Fiber coating 6 bound.
  • the fibers 10, 12 and / or the particles 16 are in a liquid applied dispersed or suspended, one works preferably with a dispersion adhesive that is in this liquid is introduced.
  • FIG. 2 shows a fiber coating state of the filter element 2 after the application of the first fibers 10, but before the application of the second fibers 12. If the second fibers 12 are subsequently applied, they fill the spaces between the first fibers 10 that are still visible in FIG. 2 and form the fiber coating layer 6 shown in FIG. 1 .

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  • Multicomponent Fibers (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filterelement, aufweisend einen eigenstabilen, porösen Tragkörper und eine im Vergleich zu dem Tragkörper feiner poröse Faserbeschichtung des Tragkörpers an dessen Zuströmoberfläche für zu filterndes Fluid, wobei die Faserbeschichtung teils durch Faser/Faser-Bindung und teils durch Faser/Tragkörper-Bindung an den Tragkörper gebunden ist.
Bei einem bekannten Filterelement dieser Art (WO 87/01610) besteht die Faserbeschichtung aus Fasern, die erheblich länger als die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers sind, und in der Faserbeschichtung verteilten, an die Fasern gebundenen Feinkornpartikeln. Bei den Arbeiten im Zusammenhang mit der Erfindung wurde gefunden, daß die Schaffung eines derartigen Filterelements mit gutem Feinfiltrationsvermögen allerdings eine Faserbeschichtung mit ziemlich großer Dicke erfordert; dies steigert den Druckverlust, den das zu filternde Medium beim Durchströmen des Filterelements erleidet.
US-A-4,212,733 offenbart einen Filter mit einer ersten Filterschicht aus einem porösen Basismaterial und einer daran gebundenen zweiten Filterschicht aus Fasermaterial, wobei das Basismaterial gesintertes Polyethylen-Pulver enthält und die Fasern der zweiten Filterschicht einen Wassergehalt von etwa 0,4 bis etwa 5%, eine kritische Oberflächenspannung von etwa 25 bis etwa 45 dyn/cm und einen Faserdurchmesser von etwa 5 bis etwa 30 µm aufweisen. Zusätzlich können Fasern mit einem Wassergehalt von etwa 8 bis etwa 15% vorhanden sein.
FR-A-2 224 192 offenbart eine Filterzusammensetzung für Gase auf der Basis eines porösen, gegebenenfalls fasrigen Materials. Elektrisch leitfähige, submikroskopische Partikel sind in das poröse Material inkorporiert oder darauf abgeschieden.
WO 94/09880 offenbart ein Filterelement mit einer großporigen inneren Schicht und einer kleinporigen äußeren Schicht, wobei beide Schichten Fasern aufweisen und mit einem Harz imprägniert und miteinander verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, das sich durch einen guten Kompromiß zwischen dem jeweils gewünschten Grad von Feinfiltrationsvermögen und geringem Druckverlust für das hindruchströmende, zu filternde Medium beim Einsatz des Filterelements auszeichnet.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nachfolgend beschrieben.
Das Filterelement ist dadurch gekennzeichnet, daß die Faserbeschichtung erste Fasern aufweist, deren Länge größer als die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers ist, und zweite Fasern aufweist, deren Länge zur Schaffung der Feinporosität der Faserbeschichtung deutlich geringer als die Länge der ersten Fasern ist.
Hierdurch wird das Prinzip verwirklicht, die Räume zwischen den ersten Fasern mit den kürzeren zweiten Fasern aufzufüllen bzw. zu überdecken.
Die ersten Fasern haben in der Regel eine Länge, die deutlich größer als die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers ist, insbesondere mehr als doppelt so groß ist wie die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers. Die zweiten Fasern haben in der Regel eine Länge, die kleiner als die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers ist, insbesondere weniger als halb so groß ist wie die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers. Die Faserbeschichtung enthält vorzugsweise - in Gewichtsanteil gemessen - mehr zweite Fasern als erste Fasern, wobei das Gewichtsverhältnis von zweiten Fasern zu ersten Fasern besonders bevorzugt größer als 2:1 ist. Vorzugsweise handelt es sich bei den ersten Fasern und den zweiten Fasern um Fasern aus dem gleichen Material und/oder um Fasern in etwa gleicher Durchmesserklasse. Häufig ist es ausreichend, wenn weniger als 10 % Gewichtsanteil der Faserbeschichtung erste Fasern sind.
Etwaige, in der Faserbeschichtung verteilt enthaltene, feinkörnige Partikel sind bevorzugt mit unter 30 Gew.-%, vorzugsweise mit unter 20 Gew.-%, stärker bevorzugt mit unter 10 Gew.-%, am meisten bevorzugt mit 0 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht von Fasern und feinkörnigen Partikeln, enthalten.
Hiermit wird ein gegenüber dem einschlägigen Stand der Technik (WO 87/01610) konträrer Weg beschritten, indem der Anteil von in der Faserbeschichtung verteilt enthaltenen, feinkörnigen Partikeln sehr erheblich verringert wird, im Extremfall sogar auf Null oder nahe Null verringert wird. Das Feinfiltrationsvermögen im gewünschten Grad wird also im wesentlichen durch die Fasern und nicht durch in der Faserbeschichtung verteilt enthaltene, feinkörnige Partikel geleistet.
Die Erfindung läßt sich bei Filterelementen aus einer Vielzahl von Materialien verwirklichen. Was den Tragkörper anlangt, werden Kunststoff- bzw. Kunstharzmaterialien, keramische Materialien und metallische Materialien besonders hervorgehoben. Um den porösen Tragkörper rationell zu erzeugen, können Teilchen der genannten Materialien miteinander versintert oder durch andere Bindungsmechanismen, wie Benutzung eines Bindemittels, miteinander verbunden sein. Was das Material der Fasern anlangt, sind keramische Fasern, insbesondere aus Aluminiumsilikat, bevorzugt. Man kann aber auch mit anderen Fasern, z.B. Glasfasern, natürlichen Fasern, synthetischen organischen Fasern und anderes mehr arbeiten. Für die Erzeugung der Faser/Faser-Bindung und der Faser/Tragkörper-Bindung gibt es eine ganze Reihe von Möglichkeiten, insbesondere Sintern, Einsatz eines Klebstoffs oder Bindemittels und anderes mehr.
Vorzugsweise sind die ersten Fasern als erste Faserbeschichtungslage aufgebracht und die zweiten Fasern darauf als zweite Beschichtungslage aufgebracht. Hierbei kommt es häufig dazu, daß die zweiten Fasern zum Teil in die Räume zwischen den ersten Fasern der ersten Faserbeschichtungslage eindringen, so daß im fertigen Zustand keine klare Grenze zwischen der ersten Faserbeschichtungslage und der zweiten Faserbeschichtungslage mehr besteht. Alternativ ist es möglich, die ersten Fasern und die zweiten Fasern gemischt in einem Schritt aufzubringen.
Vorzugsweise sind mehrere Faserbeschichtungslagen mit vom Tragkörper weg zunehmender Feinheit der Porosität aufgebracht. Diese Ausgestaltung des Filterelements wird auch durch die im letzten Absatz angesprochene Faserbeschichtung mit erster Faserbeschichtungslage und zweiter Faserbeschichtungslage verwirklicht. Die jetzt angesprochene Ausgestaltungsmöglichkeit zielt allerdings darauf ab, auf die erste Faserbeschichtung (die erste und zweite Fasern, sei es in einer gemeinsamen Beschichtungslage, sei es in zwei nacheinander aufgebrachten Beschichtungslagen, aufweist) mindestens eine weitere Faserbeschichtungslage mit einer feineren Porosität aufzubringen. Dies geschieht vorzugsweise unter Einsatz von im Vergleich zur ersten Faserbeschichtung kürzeren und/oder dünneren Fasern, gegebenenfalls auch unter Einsatz von Fasern aus anderem Material. Die mindestens eine weitere Faserbeschichtungslage muß normalerweise nicht mehr erste Fasern und zweite Fasern aufweisen; die darunter befindliche, erste Faserbeschichtung stellt eine ideale Grundlage zur Aufbringung der mindestens einen weiteren Faserbeschichtungslage dar.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist das Filterelement außenseitig auf der Faserbeschichtung eine Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln auf. Diese Partikeln sind vorzugsweise so klein, daß diese Beschichtungslage das Feinfiltrationsvermögen des Filterelements im wesentlichen bestimmt. Für die feinkörnigen Partikel besteht eine breite Materialauswahlmöglichkeit; sie können insbesondere Kunststoffpartikel oder anorganische Partikel sein. Eine besonders bevorzugte Auswahlmöglichkeit wird weiter unten noch genauer angesprochen. Die feinkörnigen Partikel können aneinander und an die Faserbeschichtung derart gebunden sein, wie es weiter vorn für die Bindung der Teilchen des Tragskörpers und die Faser/Faser-Bindung bzw. die Faser/Tragkörper-Bindung der Faserbeschichtung beschrieben worden ist.
Das Aufbringen einer Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln auf eine Faserbeschichtung ist eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung.
Das Filterelement, das einen eigenstabilen, porösen Tragkörper und eine im Vergleich zu dem Tragkörper feiner poröse Faserbeschichtung des Tragkörpers an dessen Zuströmoberfläche für zu filterndes Fluid aufweist, wobei die Faserbeschichtung teils durch Faser/Faser-Bindung und teils durch Faser/Tragkörper-Bindung an den Tragkörper gebunden ist, kann dadurch hergestellt werden,
daß die Fasern für die Bildung der Faserbeschichtung im Trockenzustand an der Zuströmoberfläche des Tragkörpers, vorzugsweise mittels eines Luftstroms, aufgebracht werden, wobei ein Klebstoff zur Schaffung der Faser/Faser-Bindung und der Faser/Tragkörper-Bindung zuvor auf die Zuströmoberfläche aufgebracht worden ist und/oder nach dem Aufbringen mindestens eines Teils der Fasern aufgebracht wird.
Wenn Klebstoff vor den Fasern aufgebracht wird, bleiben die aufgebrachten Fasern unter Mitwirkung des Klebstoffs an dem Tragkörper hängen. Da andererseits den Fasern eine Tendenz für einen gewissen gegenseitigen Zusammenhalt innewohnt, was zu einer vorläufigen Haftung an dem Tragkörper auch ohne Klebstoff führt, ist es auch möglich, den Klebstoff nachträglich aufzubringen.
Das Filterelement, das einen eigenstabilen, porösen Tragkörper und eine im Vergleich zu dem Tragkörper feiner poröse Faserbeschichtung des Tragkörpers an dessen Zuströmoberfläche für zu filterndes Fluid aufweist, wobei die Faserbeschichtung teils durch Faser/Faser-Bindung und teils durch Faser/Tragkörper-Bindung an den Tragkörper gebunden ist, kann auch dadurch hergestellt werden,
daß die Fasern für die Bildung der Faserbeschichtung in einer Flüssigkeit dispergiert oder suspendiert an der Zuströmoberfläche des Tragkörpers aufgebracht werden, wobei ein Klebstoff zur Schaffung der Faser/Faser-Bindung und der Faser/Tragkörper-Bindung zuvor auf die Zuströmoberfläche aufgebracht worden ist und/oder nach dem Aufbringen mindestens eines Teils der Fasern aufgebracht wird und/oder in der Trägerflüssigkeit enthalten ist.
Im Unterschied zu dem zuvor geschilderten Verfahren werden die Fasern also gleichsam im nassen Zustand aufgebracht, was in vielen Fällen besonders rationell ist. Als besonders geeignete, einfache Möglichkeiten der Aufbringung der Fasern-in-Flüssigkeit-Dispersion oder -Suspension seien das Aufsprühen, das Aufstreichen, das Aufrollen, aber auch das Eintauchen des Tragkörpers in die Dispersion oder die Suspension genannt.
Die Herstellungsverfahren sind nicht Gegenstand der Erfindung.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Begriff "Klebstoff" im Rahmen der Erfindung in einem sehr umfassenden Sinn zu verstehen ist. Hierunter sollen alle Materialien verstanden werden, die eine für den Betrieb des Filterelements ausreichend feste Haftung der Fasern aneinander und an dem Tragkörper leisten, insbesondere Klebstoffe im engeren Sinn, Kunststoffe bzw. Kunstharze, welche die genannte Bindung zu erzeugen vermögen, organische oder anorganische Bindemittel wie Natronwasserglas. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß bei den erfindungsgemäßen Verfahren alternativ auch mit anderen Bindungsmechanismen Faser/Faser und Faser/Tragkörper gearbeitet werden kann, insbesondere mit dem Sintern. Es versteht sich, daß der Klebstoff oder das Bindemittel so gewählt und in derartiger Menge verwendet wird, daß die funktionserforderlichen Poren bzw. Durchströmungspassagen zwischen den Fasern nicht verschlossen werden.
Wie weiter vorn schon angesprochen, werden vorzugsweise mehrere Faserbeschichtungslagen mit vom Tragkörper weg zunehmender Feinheit der Porosität aufgebracht, und zwar normalerweise nacheinander, Jede der Faserbeschichtungslagen kann nach einem der beschriebenen, Verfahren aufgebracht werden.
Auf die Faserbeschichtung kann eine Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln aufgebracht werden.
Weitere Ausführungen zu dieser Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln sind weiter vorn bereits gemacht worden. Die Verfahren zur Aufbringung der Partikel sind nicht Gegenstand der Erfindung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln unter Verwendung solcher Partikel aufgebracht, die beim beabsichtigten Betriebseinsatz des Filterelements aus einem Fluidstrom ausgefiltert werden sollen. Wenn man zum Beispiel ein erfindungsgemäßes Filterelement zum Entfernen des Gesteinsstaubs verwenden will, der beim Betrieb einer Zerkleinerungsanlage anfällt, kann man diesen Gesteinsstaub, der z.B. mittels irgendeines Filters ausgefiltert worden ist, zur Erzeugung der Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Filterelements verwenden.
Beim Aufbringen der Fasern und/oder der feinkörnigen Partikel kann mit einem Saugluftstrom von der Zuströmoberfläche des Tragkörpers weg durch diesen hindurch gearbeitet werden. Mittels des Saugluftstroms werden die Fasern und/oder die feinkörnigen Partikel gezielt dorthin geleitet, wo sie die Faserbeschichtung bilden sollen.
Das Arbeiten mit einem Saugluftstrom gibt die bevorzugte Möglichkeit, in dem Saugluftstrom, nachdem er den Tragkörper passiert hat, die Konzentration und/oder die Größe von mitgeführten Fremdstoffpartikeln zu erfassen und die Aufbringung der Fasern und/oder der feinkörnigen Partikel in Abhängigkeit von dieser Erfassung zu beenden, insbesondere sobald die Konzentration und/oder die Größe der hinter dem Tragkörper noch enthaltenen Fremdstoffpartikel einen bestimmten Schwellenwert unterschritten hat. Man kann also Filterelemente gleichsam mit einem Abscheidegrad bzw. einer Abscheidefeinheit nach Maß, z.B. abhängig von der Filtrieraufgabe, für die das betreffende Filterelement bestimmt ist, herstellen. Bei Erfassung der Konzentration der Fremdstoffpartikel hinter dem Tragkörper kann man diese auch in Relation zur erfaßten Konzentration von mitgeführten Fremdstoffpartikeln vor der Zuströmung zu dem Filterelement setzen.
Eine ganz besonders günstige Möglichkeit besteht darin, die beschriebene Erfassung der Konzentration und/oder der Größe von mitgeführten Fremdstoffpartikeln im Fall der Aufbringung einer Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln unter Verwendung solcher Partikel, die beim beabsichtigten Betriebseinsatz des Filterelements aus einem Fluidstrom ausgefiltert werden sollen, durchzuführen. Dies führt in perfekter Weise zu einem Filterelement mit einer Abscheidefeinheit nach Maß (sicheres Erreichen der geforderten Abscheidefeinheit, aber nicht unnötig weit getriebene Abscheidefeinheit) und deshalb Vermeidung der Herstellung eines Filterelements mit zu hohem Druckverlust. Wenn man für die Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln solche Partikel verwendet, die beim beabsichtigten Betriebseinsatz des Filterelements aus einem Fluidstrom ausgefiltert werden sollen, ist man mit der Erfassung der Konzentration und/oder der Größe der mitgeführten Fremdstoffpartikel (z.B. erfaßt als weniger als x mg/m3 gefilterte Luft verbleibende Fremdstoffpartikel unter 1 µm Größe) perfekt richtig, weil man die Aufbringung der Beschichtungslage exakt dann gestoppt hat, wenn sie die hierfür erforderliche Dicke hat.
Statt der Erfassung der Konzentration und/oder der Größe von mitgeführten Fremdstoffpartikeln hinter dem Tragkörper oder zusätzlich hierzu kann man den Druckverlust erfassen, den der Saugluftstrom beim Passieren des im Aufbau der Beschichtung befindlichen Filterelements erleidet. Dieser Druckverlust ist ein indirektes Maß dafür, wie weit der Beschichtungsvorgang fortgeschritten ist, bzw. dafür, ob man eine Faserbeschichtung mit für den betreffenden Fall hinreichender Filtrierwirksamkeit erzeugt hat.
Man kann auf die Zuströmoberfläche des Tragkörpers eine Antistatik-Beschichtung, vorzugsweise aus Rußpartikeln, aufbringen, ehe die Fasern aufgebracht werden. Die antistatisch wirkenden Partikel können insbesondere als Dispersion oder Suspension aufgebracht werden. Für die Anbindung der antistatisch wirkenden Partikel gilt analog das, was zur Anbindung der Fasern ausgeführt worden ist.
Die erfindungsgemäßen Filterelemente sind in erster Linie zur Feinfiltration von Gasen und Luft, insbesondere bei der Entstaubuung von Luft in Fabrikationshallen an Produktionsmaschinen und bei Verfahrensschritten, bestimmt, können aber auch zum Filtrieren von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Bei entsprechender Materialwahl können aber auch heiße Gase, wie Verbrennungsabgase, und heiße Flüssigkeiten gefiltert werden.
Beim erfindungsgemäßen Filterelement liegen typische durchschnittliche Porengrößen des Tragkörpers im Bereich von 10 bis 100 µm, typische Faserdurchmesser liegen im Bereich von 0,5 bis 8 µm. Es wird darauf hingewiesen, daß es aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus der Faserbeschichtung möglich ist, mit einer vergleichsweise großen durchschnittlichen Porengröße des Tragkörpers zu arbeiten, weil eine sichere Überbrückung der offenen Poren des Tragkörpers an der Zuströmoberfläche möglich ist, zugleich - wie bereits eingangs geschildert - eine Ausbildung der Beschichtung mit sehr feiner Porengröße. Infolgedessen kann man Tragkörper mit sehr geringem Durchströmungswiderstand einsetzen. Es können problemlos erfindungsgemäße Filterelemente erzeugt werden, die je nach Bedarf Fremdstoffteilchen mit einer Größe von über 5 µm, vorzugsweise Fremdstoffteilchen mit einer Größe über 2 µm, höchst vorzugsweise Fremdstoffteilchen mit einer Größe über 0,5 µm, nahezu vollständig ausfiltern.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisiert zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
einen Ausschnitt eines Filterelements im Schnitt, wobei die Schnittebene rechtwinklig zur Zuströmoberfläche des Filterelements ist;
Fig. 2
eine Draufsicht auf einen Teilbereich des Filterelements von Fig. 1, gesehen in Blickrichtung des Pfeils II, wobei ein Zustand mit aufgebrachten ersten Fasern, aber vor Aufbringung der zweiten Fasern und einer Partikel-Beschichtungslage, gezeichnet ist.
Das schematisch gezeichnete Filterelement 2 besteht aus einem Tragkörper 4, der an seiner in Fig. 1 rechten Zuströmoberfläche für zu filterndes Fluid mit einer Faserbeschichtung 6 versehen ist. Der Tragkörper 4 besteht aus Polyethylen-Teilchen 8, die miteinander versintert sind, so daß sich ein poröser Tragkörper 4 mit einer durchschnittlichen Porengröße von z.B. 30 µm ergibt. Hierbei kann man in an sich bekannter Weise so arbeiten, daß für die Herstellung des Tragkörpers 4 ultrahochmolekulare Polyethylenteilchen und mittelmolekulare Polyethylenteilchen miteinander vermischt werden. Beim Sintervorgang schmelzen die niedriger molekularen Polyethylenteilchen stärker an und bilden ein verbindendes Gerüst für die hochmolekularen Polyethylenteilchen 8, die sich aber auch miteinander durch den Sintervorgang verbinden.
Die Faserbeschichtung 6 weist erste Fasern 10 auf, deren Länge erheblich größer als die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers 4 ist. Mit dieser Länge überbrücken die ersten Fasern 10 die offenen Poren des Tragkörpers 4 an seiner Zuströmseite. Ferner sind schematisiert eingezeichnete, zweite Fasern 12 erheblich geringerer Länge vorhanden, welche die Freiräume zwischen den ersten Fasern 10 auffüllen und eine, je nach Bestimmungs-Filterfunktion des Filterelements 2 mehr oder weniger dicke Faserbeschichtungslage bilden. Die Fasern 10, 12 sind aneinander und an die äußeren Polyethylenteilchen 8 an der Zuströmseite gebunden mittels eines Klebstoffs, der zeichnerisch wegen seines kleinen Volumens im fertigen Filterelementzustand nicht darstellbar ist. Als ein Beispiel unter mehreren möglichen wird der im Handel erhältliche Klebstoff MOWILITH (eingetragenes Warenzeichen der Hoechst AG) genannt, eine wäßrige Copolymerisatdispersion von Vinylacetat, Ethylen und Vinylchlorid. Die auf den Tragkörper 4 aufzubringende Suspension kann folgende Zusammenensetzung haben:
20 Gew.-%
Fasern bzw. Partikel
6 Gew.-%
MOWILITH
74 Gew.-%
Wasser
In der Faserbeschichtung 6 sind relativ wenig feinkörnige Partikel 14 verteilt.
Außen auf die Faserbeschichtung 6 ist eine Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln 16, z.B. Gesteinsstaub, aufgebracht. Diese Partikel 16 sind ebenfalls mit Klebstoff aneinander und an die Faserbeschichtung 6 gebunden.
Wenn die Fasern 10,12 und/oder die Partikel 16 in einer Flüssigkeit dispergiert oder suspendiert aufgebracht werden, arbeitet man vorzugsweise mit einem Dispersionskleber, der in diese Flüssigkeit mit eingebracht wird.
In Fig. 2 ist ein Faserbeschichtungszustand des Filterelements 2 gezeichnet nach Aufbringung der ersten Fasern 10, aber vor Aufbringung der zweiten Fasern 12. Wenn anschließend die zweiten Fasern 12 aufgebracht werden, füllen diese die in Fig. 2 noch sichtbaren Zwischenräume zwischen den ersten Fasern 10 aus und bilden die in Fig. 1 gezeichnete Faserbeschichtungslage 6.

Claims (7)

  1. Filterelement (2), aufweisend einen eigenstabilen, porösen Tragkörper (4) und eine im Vergleich zu dem Tragkörper (4) feiner poröse Faserbeschichtung (6) des Tragkörpers (4) an dessen Zuströmoberfläche für zu filterndes Fluid, wobei die Faserbeschichtung (6) teils durch Faser/Faser-Bindung und teils durch Faser/Tragkörper-Bindung an den Tragkörper (4) gebunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Faserbeschichtung (6) erste Fasern (10) aufweist, deren Länge größer als die durchschnittliche Porengröße des Tragkörpers (4) ist, und zweite Fasern (12) aufweist, deren Länge zur Schaffung der Feinporosität der Faserbeschichtung (6) deutlich geringer als die Länge der ersten Fasern (10) ist.
  2. Filterelement nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die ersten Fasern (10) als erste Faserbeschichtungslage aufgebracht sind und die zweiten Fasern (12) darauf als zweite Faserbeschichtungslage aufgebracht sind.
  3. Filterelement nach einem Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mehrere Faserbeschichtungslagen mit vom Tragkörper (4) weg zunehmender Feinheit der Porosität aufgebracht sind.
  4. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Faser/Faser-Bindung und die Faser/Tragkörper-Bindung durch Klebstoff vorgenommen ist.
  5. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Faser/Faser-Bindung und die Faser/Tragkörper-Bindung durch Sintern vorgenommen ist.
  6. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß außenseitig auf der Faserbeschichtung (6) eine Beschichtungslage aus feinkörnigen Partikeln (16) aufgebracht ist.
  7. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Tragkörper (4) aus versinterten Kunststoffteilchen (8) aufgebaut ist.
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